Металлоконструкции в архитектуре » Конструкции, активные по форме. Мембраны

Если вантовые конструкции организуются из растянутых стержневых элементов, стальные мембраны используют висячие растянутые континуальные поверхности, активные по форме. Мембранные покрытия представляют собой пространственные конструкции, основу которых составляет гибкий тонкий металлический лист, закрепленный по периметру на жестком опорном контуре.

Основными преимуществами мембран являются совмещение несущей и ограждающей функции, а также повышенная индустриальность изготовления. Вместе с тем, листовые элементы мембран требуют специального оснащения заводов-изготовителей металлических конструкций и достаточно высокой точности монтажа.

Классификация мембран

По конструктивной схеме различают однослойные, подкрепленные вантами, и двухслойные ленточные мембраны. Однослойные покрытия наиболее просты в исполнении, однако наиболее деформативны, и их применимость ограничена возможностью обработки и сваривания листов с возрастанием толщины. Поэтому распространение нашли мембраны, подкрепленные вантами.

Совместная работа вантовых элементов и континуальной мембраны повышает жесткость последней и позволяет увеличить пролет. В виде вант могут выступать как элементы из канатов, так и узкие стальные полосы.

Покрытия из отдельных тонких стальных лент выполняются в разных слоях. При этом уровни лент располагают во взаимно перпендикулярных направлениях; один из них выполняет роль несущих, а другой - стабилизирующих вант. Также ленты могут переплетаться, что предупреждает их расслаивание.

Совместная работа лент в двух направлениях повышает жесткость конструкции при неравномерной нагрузке. При использовании широких лент конструкция является самодостаточной, в противном случае к лентам сверху крепится тонкий стальной лист. План, на котором организуются мембранные покрытия, преимущественно принимается круглой, овальной или прямоугольной формы.

Форма мембранных покрытий обычно представляет собой вогнутые поверхности с цилиндрической, чашеобразной или седловидной конфигурацией.

Особенности проектирования мембран

Изгибающими моментами в листах можно пренебречь по сравнению с осевыми растягивающими усилиями, поэтому мембраны, как и вантовые конструкции, рассчитывают на растяжение. Напряженное состояние мембранных покрытий зависит от совместной работы мембраны и опорного контура, типа поверхности и нагрузки.

Рекомендуемые эффективные пролеты мембранных покрытий обычно составляют 40-230 м, но при необходимости и технологических возможностях могут быть увеличены до 300-350 м. Стрелу провисания мембран назначают в пределах 1/18 – 1/25 пролета. Для изготовления мембран применяются стальные полотна, доставляемые на строительную площадку в виде листов или рулонов толщиной 2-5 мм. Ширина полотен принимается в соответствии с техническими возможностями 0,74-12 м. Полотна толщиной менее 3 мм делают из рулонных лент, которые сваривают друг с другом внахлест. Полотна более 3 мм толщиной изготавливаются из отдельных листов 1,5х6 м, которые сваривают встык.

Важный элемент мембраны – опорный контур, воспринимающий огромные усилия от мембраны и заземляющий их на опоры или фундаменты.

В зависимости от формы сооружения, контур может быть плоским или пространственным, прямолинейного или криволинейного очертания, замкнутый или разомкнутый, подпертый по длине или свободный в пролете от опор. Во всех типах мембран основным усилием в опорном контуре является сжатие.

Кроме того, в контуре могут возникать изгибающие моменты в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Наиболее целесообразен замкнутый контур. Разомкнутый контур может быть применен только в случае, когда он связан с опорной конструкцией трибун или примыкающего здания, которая воспримет распорные усилия.

Мембраны как конструктивный инструмент архитектурной формы

Мембраны имеют такие же архитектурные преимущества в формообразовании покрытий, как и вантовые конструкции. В то же время мембраны не обладают визуальной легкостью, так как их тонкость не видна. Вместо этого такие покрытия дают высокую визуальную однородность, не имея выступающих конструкций.

Кроме того, как было упомянуто выше, континуальные мембраны совмещают ограждающую оболочку и несущую систему, что позволяет относительно легко обустраивать тепло- и гидроизоляционный ковер на их основе без дополнительных конструкций. В ленточных мембранах утеплитель располагают между слоями лент или подклеивают изнутри к несущей ленте.